伊豆島的火山與地震活動

1對地球動力學發展的重要質疑地幔流假說的海床擴張模式面臨著新的困難。最新的地震色度技術在這方面沒有提供可靠的證據。人們提出的種種質疑有助于地球動力學的發展。潮汐波動理論從最直觀的地表潮汐波動現象出發,論證了潮汐振蕩對地球各圈層的動力學意義。這種嘗試是值得贊賞的,是十分有意義的。為了檢驗該理論,本文計算了潮汐振蕩產生的力矩規模,并提出了海底擴張的潮汐模式。2世界區域地震活動的區域差異對潮汐運動的最新計算結果表明,月亮在赤道時產生的半日潮使大氣對流層、水圈和液核分別有54181864,43275和3103km3的體積繞固體地球向西運動,形成赤道高空風、西向海潮和液核表層西向漂移。由于大陸地形的阻擋,形成大氣、海洋和液核的渦旋、湍流和異常大潮以及冷暖海水的上下和東西向振蕩與混合。巖石圈和下地幔分別有2754和10599km3的體積脹縮,是其中熔融部分流動、上涌和噴發的動力。太陽相對地球在南北回歸線之間的擺動,形成流體相對固體的南北振蕩與混合。地球在春分和秋分扁率變為最大,形成赤道大潮,兩極高緯地區分別有體積為6605998,5251和368km3的大氣、海水和液核流體通過臨界緯度(35°)流向赤道,并在科里奧利力和西向引潮力作用下加速向西漂移,使各圈層自轉速度變小,差異旋轉速度增大。高緯地區排氣排液活動強烈,其中大氣對流層日長增加最為顯著,為97s,是巖石圈日長增加值(0.00027s)的359259倍。地磁活動在兩分點達到最大值就是證據。潮汐形變引起的全球性地殼容積和地表面積變化的計算實例,可參看文獻。對于一個封閉完整的彈性地球,上述計算值只能給出地球彈性形變的規模。但是,對于巖石圈具有復雜斷裂系統的地球,上述計算值就給出了地下流體流動、上涌和噴發的可能性和規模。30年6月26日至9月15日據科學時報2002年9月6日2版報道,2000年6～8月,歷史上記錄到最活躍的密集地震襲擊日本伊豆半島南部60km的區域,其中7000次震級大于或等于3,5次大于或等于6。該地震群伴隨著Miyake火山的幾次蒸氣和碎石噴發。自1996年以來,在東京都地區的4個臺站用空間大地測量技術進行了地殼變形觀測。這個項目稱為“基石”計劃(KeystoneProject,KSP)。2000年6月26日,東京以南約150km的Miyake島發生群震。6月27日,又開始火山活動。地震活動見圖1所示。可以看出,7月和8月的地震活動較多。在此之后,“基石”網絡觀測到異常的地殼變形。地震活動于2000年9月基本停止。2000年6月26日至9月15日,館山相對于鹿島的移動速率是2.5cm/mon,三浦相對于鹿島的移動速率是1.5cm/mon,這與過去3年的平均運動速率(1.4cm/mon和1.3cm/mon)相比是相當大的。吉野泰造等人把這個現象解釋為伊豆島的巖脈侵入。估計模型計算得到的巖脈參數是:長20km,深3～15km,張開5m。根據該參數模型計算得到的位移場,館山和三浦站的位移分別是5cm和3cm。月球與強潮汐、地球排氣、厄爾尼諾、臭氧洞擴大、旱澇、地震有關系的重要條件是“近地點兼朔、望”,以及月球赤緯角變化(極大/小值對應澇/旱年)和各大行星的配合。張元東稱之為“特殊天象組合期”。強潮汐(簡記為強或Q)的標準是:月亮近地潮和日月大潮兩者同時出現。若兩者與日月食同時出現則為較強潮汐,三者或前兩者同時在春分點、秋分點和近日點附近(前后不超過15天)出現為最強潮汐。三者的時間最大差不超過3天。通過2000年強潮汐天文條件與日本Miyake島地震火山活動對比,我們發現在月平均尺度上,強潮汐天文條件與地震火山活動有很好的對應關系(見表1)。4地殼均衡運動的疊加和火山活動為了計算方便,我們將潮汐引起海面升降簡化為平面模型(見圖2)。設蹺蹺板支點為坐標原點,如圖2所示,東西太平洋海面斜線的近似表達式為y=Ηx/L(1)式中:2L為東西太平洋地殼長度,2H為東西太平洋海面高差;x為橫坐標變量。取一段寬1cm長2L的東西向太平洋地殼,在x處所受壓力增量微元和力矩微元分別為dp=ydx(2)dM=xydx(3)其中:p表示增高的海水對洋殼的壓力,M表示增高的海水產生的力矩。取海水的密度為1g/cm3,在區間[0,L]上積分后得增減海水在東西太平洋地殼產生的力矩分別為M=HL2/3(4)這相當于在寬1cm、長2L、高為洋殼厚度的蹺蹺板兩端分別施加的反向力為P=M/L=HL/3(5)將H=60cm,L=10000km代入公式,得p=2×107kg。這樣大的力足以使東太平洋海隆張裂和閉合,或使西太平洋海溝下沉和島弧抬升。如圖2所示,當潮汐使西太平洋海面增高和東太平洋海面降低時,西太平洋地殼下降,形成海溝處的消減帶,擠壓地下流體上噴形成西太平洋暖池,或向西部大陸和東部大洋的地殼下流動,形成島弧火山和大陸火山;東太平洋地殼相對抬升,使東太平洋海隆和沿岸斷裂帶張開,巖漿和熱氣噴出,形成海底火山。當潮汐使東太平洋海面增高和西太平洋海面降低時,東太平洋地殼下降,使東太平洋海隆閉合下降,擠壓地下流體向東部大陸和西部大洋的地殼下流動,擠壓新生大洋地殼向大陸地殼之下運動;西太平洋地殼相對抬升,使西太平洋島弧斷裂張開,巖漿噴出,形成陸地火山。赤道信風使暖水集中在赤道西太平洋,冷水集中在赤道東太平洋,溫差為3～9°,高差為40～60cm。當厄爾尼諾到來時,情況發生逆轉。由于地殼均衡原理和水均衡作用,東西太平洋地殼在拉尼娜事件和厄爾尼諾事件交替中至少分別升降13～20cm,引發地震活動和火山活動,由此引發的地殼均衡運動具有東西太平洋地殼反向升降的特點,與潮汐引起的太平洋地殼“蹺蹺板運動”完全相同。兩者疊加,相互加強。這就是日本Miyake島地震和火山在2000年與拉尼娜事件末期的強潮汐時段同時發生的原因。地球自轉最快,西太平洋海面上升到最高值(見圖2a)和日長變化取得極小值,是這個時期的主要特點。科里奧利力使上升物體西移,下降物體東移。所以,西升東降的斷裂處于引張狀態,有利于火山噴發和巖脈侵入(圖2中a情況);東升西降的斷裂處于擠壓狀態,不利于火山噴發和巖脈侵入(圖2中b情況)。這是日本伊豆島的巖脈侵入發生在1998年6月～2000年6月拉尼娜事件末期(圖2中a情況)的原因。5海底擴張的海底模式理論計算和實驗